“電路分析”課程教學模式探索與改革

姚大杰

（池州學院，安徽 池州 247000）

0 引言

“電路分析”課程是國內高校電類專業（如微電子科學與工程、電子信息科學與技術、光電信息科學與工程、自動化等）的電學理論入門課程。該課程的主要任務是學習和研究電路的基本定理、基本定律以及基本分析方法和應用。課程在整個電類專業的課程體系以及人才培養方案中起著承上啟下的作用，是后續專業課程（如“模擬電子技術”“數字電子技術”“電力電子技術”“通信原理”等）能夠有效開展的基礎［1-3］。此外，該課程雖然作為一門專業的理論入門課程，但邏輯性強，理論嚴謹，有著豐富的工程知識。因此，學習“電路分析”課程不能完全局限于理論上的學習，還需結合一定的實踐教學［4-5］。

可以說，“電路分析”課程是電類專業本科生接觸到的第一門專業課。對“電路分析”課程進行教學改革，提高教學水平，將會提升學生對所學專業的理解和專業自信心。使得學生通過該課程的學習，創新能力和實際動手能力得到大力提升，為后續專業課程打下堅實的理論基礎［6-7］。因此，必須進行深入探索與改革。

1 高?！半娐贩治觥闭n程現狀分析

1.1 國外現狀分析

目前，國外一些高水平大學主推“電路分析”課程同工程實踐相結合。這些大學十分重視學生的自我動手能力提升以及對從事課程研究興趣的培養，對教師專業要求也很高。教師課堂授課需要極大體現電路相關理論的發展以及當前技術的提升，并且要求將當前電路最新設計理念、應用、成果帶入課堂。在實踐教學中，也要求涉及最新電路元器件知識。以上這些主要是豐富學生的知識面，拓寬學生的眼界，而不僅僅是傳輸課本上的理論知識。

1.2 國內高校現狀分析

“電路分析”課程主要圍繞電路基本元件和特性、純電阻電路的基本分析方法、動態電路（主要為一階和二階電路）的時域分析、正弦穩態電路的分析、三相電路、線性動態電路的復頻域分析和二端網絡等展開。我國“電路分析”課程的開設起步較早，經過幾十年時間的打磨，已經形成了良好的教學機制、教學理念、教學方法、教學手段等，具備了一套成熟的教學模式。從而為國家培養了大量的電子電氣類人才，為國家的繁榮發展做出了一定貢獻。但是必須清醒認識到，同國外一些知名大學相比仍然存在不足，主要表現在以下4個方面。

（1）“電路分析”課程主要偏向于理論宣講。一直以來，在“電路分析”課程教學體系中，純理論教學占據絕大部分時間，教師絕大部分時間都在講解如何用理論知識進行電路分析，而至于電路知識如何在實際進行應用的介紹反而偏少。

（2）所學教材未能體現當前電路知識的最新發展。當前大部分國內大學“電路分析”課程所學教材為邱關源（后由羅先覺修訂）所著的高等教育出版社出版的“十二五”普通高等教育本科國家級規劃教材——《電路》，目前已出版至第五版。雖然該教材理論知識飽滿，但第五版已是多年前（2006 年5 月）出版，不能及時體現當前日新月異的前沿知識。

（3）課堂授課理論學時以及在課程教學過程中師生交流頻次較少。“電路分析”課程的內容較多，所選教材包含的章節內容也偏多，如邱關源主編的《電路》第五版教材一共包括十八章內容，課堂學時偏少只能讓這門課程的教學效果“霧里看花”。隨著大學的擴招，高校學生人數激增，使得當前國內大學“電路分析”課程只能采用多媒體大班教學，一次授課對象達數十上百人之多，教師難以掌握每個學生的學習動態。此外，課堂之外的時間利用率不高，這就更加降低了授課教師與學生之間的交流時間。

（4）實踐教學環節設計不夠合理。大部分國內大學雖然增加了“電路分析”課程的實踐教學環節，且多為獨立實驗課程，但實踐教學的細節設計不盡合理，主要體現為：一是所開設的實驗課程多為驗證性實驗，設計性和開發性的實驗過少；二是所用實驗器材大都是封裝式的，真正需要學生動手的少。

2 加強課程工程背景

“電路分析”課程具有很強的實踐應用，教授課程不應停留在理論知識的宣導上，而要引入一定的工程背景，要“言之有物”。這樣學生才能“有物可循”，而不是在“空中漫步”。同時，引入工程背景能夠培養學生的工程概念和工程意識，還能提升學生理論與實踐結合的能力，使其具備分析問題、解決問題的能力；加強課程與工程的結合還能提升未來學生適應工作的能力。教師在講解工程背景知識時，多與學生面對面討論，以啟發式教學為主，而不應停留在客觀宣導層面上。

例如，在講解一階電路充放電時，可以向學生展示電路在斷電情形下仍然帶電，必須對其進行充分放電才能確保人身安全。尤其帶有大電容的設備，斷電后仍然會帶有危及人身安全的高電壓，從而給學生以警示。同時，不斷向學生拋出問題，如對于大電容設備如何進行放電，放電過程中應注意哪些事項等。在教授電容和電感知識時，除了向學生講解基本工作原理，可以適當向學生講解當前貼片電容和貼片電感的前沿知識，尤其在集成電路中應用；還可以向學生展示貼片機SMT 是如何將很小的貼片器件放置在焊接盤上的。通過教學使學生了解和初步接觸現代化工業生產中是如何實現高精度、高速和全自動貼片作業的，增加對貼片電容和電感工程背景的了解。

3 注入前沿知識

近年來，以電子技術和信息技術為代表的新型電子行業的發展突飛猛進，從而促進了電路的應用，同時也對電路的設計產生了較為深遠的影響。因此，僅僅依靠邱關源第五版的《電路》教材向學生教授電路知識已經跟不上當前飛速發展的電子行業。此外，邱關源第五版的《電路》教材出版時間已經過去了6年，6年的時間對于電子行業來說是一個很長的時間，甚至有些電子產品、工藝等已經更新了幾代，電路設計也經歷了很大的變革。故而要求教師在教學過程中必須結合一些電路的前沿知識才能彌補當前教材的不足。為此，可通過以下形式進行一定的彌補。

（1）觀看科技視頻。利用課前、課間時間給學生播放一些關于電路知識的科技前沿視頻，讓學生更加直觀地感受電路知識的作用以及應用；同時讓學生更加直觀地了解當前電路知識動態，知道為什么而學，學了有什么用。

（2）開展學術報告。不論是學校層面還是二級學院層面，或是教師個人，都可以邀請專家線上或線下給學生開展學術報告，讓學生了解當前電路的學術動態，了解電路都能做哪些學術研究以及有何作用等。

（3）擬定課題，讓學生利用課余時間查閱資料，撰寫相關報告。教師在授課過程中可以結合實際擬定符合當前電路發展的課題，放手讓學生自行查閱資料去完成。

4 增加課時和加強師生交流

4.1 增加課時量

隨著當前國內高等教育的一系列改革，實踐教學比例和通識類課程學分的增加，導致了“電路分析”理論教學時長的減少［8］。國內高?！半娐贩治觥闭n程在制定教學大綱時，通常理論教學設置為64 個學時（1周4學時，16周的課時量），甚至有的高校已經銳減至48學時（1周3學時，16周的課時量）。教師在教學過程中為保證教學內容的完整性，不得不加快教學節奏，同時還會精簡一些內容，從而導致學生接受知識時的連貫性變差。除此之外，課堂64 學時的教學量很難上到非正選周期電流電路和信號的頻譜，以及線性動態電路的復頻域分析內容，而這兩個方面的內容在后續電類專業課的學習過程中有著很重要的作用。因此，適量地增加“電路分析”課程的學時很重要。具體方法為：（1）將“電路分析”課程的64學時增至80 學時，新增的16 學時不僅可以改變教師教學節奏快、精簡教學內容以及學生吸收差等問題，同時還可以增加教學內容，如非正選周期電流電路和信號的頻譜，以及線性動態電路的復頻域分析內容；（2）改變當前每周3學時和4學時的教學現狀，擴充至5學時，即一次課2學時（共90 min），一次課3學時，從而在保證教學質量的同時又能增加師生面對面交流時間。

4.2 增加師生溝通渠道

由于國內大學大都采用多媒體大班對“電路分析”課程進行授課，一個老師常常需要面對幾十甚至上百個學生。因此，授課教師在正常的上課時間段很難照顧到每一個學生，更難掌握每一個學生的學習動態。此外，“電路分析”不是一門僅僅依靠課堂上的45 min 就能掌握的課程，更需要教學雙方共同努力。因此，如何利用好課后時間顯得尤為重要。尤其當前處在新型冠狀病毒肺炎疫情的特殊時期，有些高校連正常的線下教學都難開展，師生之間的交流就顯得更加困難。因此，通過以下途徑搭建師生交流渠道很有必要。

（1）創建便于師生交流的QQ 群或微信群。授課教師可以自行創建一個可以容納所有學生的QQ 交流群或微信群，利用課余時間解決學生學習上的一些疑難問題。

（2）創建一個公共號。創建一個可供學生學習電路知識的公眾號，及時推送一些與授課進度相關的教學內容。

（3）利用雨課堂進行線上教學時允許學生發送彈幕，及時表達自己當前的學習動態，以便于教師及時掌握學生學習效果的反饋，從而及時跟進講解和調整，實現實時互動。

（4）讓學生主動通過慕課進行學習。鼓勵學生利用當前發達的互聯網絡，使用手機、平板電腦、筆記本電腦等工具上網學習優秀教師已經模塊化的“電路分析”課程內容。

5 增加實踐教學深度

國內高校一般都會給“電路分析”課程配套一個獨立電路實驗課程，加強學生對理論知識的理解和運用。但大多高校配套的都是簡單的驗證性實驗，即對教材上某一個定理或方法運用實驗的手段進行簡單驗證，這種做法并不能徹底激發學生的學習興趣以及學生的主動學習能力。除此之外，大多高校采用的電路實驗教學器材都是封裝式的，學生做實驗時只需將線插好就行，不用自己動手連接電路元件。這樣簡化實驗步驟的同時也會造成一個非常不好的現象，即學生不能更進一步地接觸電路元器件，會有“鏡中花，水中月”的感覺（看得見摸不著），從而使得實驗效果大打折扣。為進一步提高實驗效果，加強學生對理論知識的理解和運用，可進行以下改革。

（1）增加設計性和開發性實驗。當前，國內高校在選取電路實驗項目時，大多選用對電路定理或電路分析方法進行驗證的實驗，如：基爾霍夫定律的驗證、線性電路疊加性和齊次性驗證、戴維南定理和諾頓定理的驗證、最大功率傳輸條件的研究等。驗證性的實驗并不能真正開拓學生的思維，只能進一步加深對課本上的電路定理和分析方法的理解。相較于驗證性實驗，設計性和開發性的實驗對學生的要求更高，要求學生除了熟練掌握實驗項目所涉及的知識外，還能做到舉一反三。因此，設計性和開發性的實驗不僅能加深學生對理論知識的理解，還能很好地鍛煉學生獨立思考和動手能力。

（2）去除封裝式實驗模式。當前，大多高校電路實驗采用的是封裝式的教學儀器，即實驗電路內置在工作臺內，實驗時只需在工作臺面上進行插接線即可。封裝式教學儀器確實有優點，如：簡化實驗過程、方便教師授課、利于實驗室管理等。但由于學生在實驗過程中不能接觸電路元件和深入了解電路，從而使得實驗效率低下。若實驗過程中出現故障需要更換元器件時，學生也無法獨立完成故障的處理，從而影響實驗進程。因此，破除封裝式的實驗模式很有必要，改為在面包板上讓學生自行搭建電路，讓學生零距離操作電路，從而進一步加深對電路的理解，提升實驗效果。

6 結語

“電路分析”課程是國內高校電類專業基礎課程，在整個電類專業的發展過程中起著承上啟下的作用。本文通過分析當前國內高?！半娐贩治觥闭n程教學現狀，提出了4個方面的不足，即偏理論、前沿動態涉及少、學時和師生交流少以及實踐教學不合理。針對這些不足，文章提出了相應的教學改革措施，通過加強工程背景的融入、提高前沿知識的注入、適當增加學時和加強師生交流，以及增加實踐教學深度等提升教學質量和效果。